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시험관 끓이기 - 물 목록

조회 : 3270 | 2014-06-23

<이 실험은 매우 위험합니다. 절대 집에서 따라하지 마세요!>

 

 

 

 

 

<실험요약>

- 물에 열을 가하면 어떻게 변화하는지 알아보는 실험
1. 시험관에 붉은색 식용색소를 넣은 물을 담는다.
2. 고무 마개로 시험관을 막는다.
3. 가스토치로 시험관을 가열해 보자.  
4. 온도가 올라감에 따라 시험관 안의 수위가 높아지고, 물의 부피가 팽창하는 것을 관찰해 보자.  
5. 부글부글 끓는 상태에서도 열을 계속 가하면 과연 시험관은 어떻게 될까?


<과학지식> 
① 끓는점 : 액체가 표면과 내부에서 기포가 발생하면서 끓기 시작하는 온도이다. 액체 표면으로부터 증발이 일어날 뿐만 아니라, 액체에서 기체로 물질의 상태가 변화되는 온도이다. 일반적으로 1기압 (1기압 = 760mmHg) 에서 물의 끓는점은 100°C이다. 하지만  같은 물질이어도 대기의 압력이 낮으면 물은 빠르게 끓고, 대기의 압력이 높으면 물은 느리게 끓는다.
끓는점은 액체의 증기압이 외부의 압력과 같아지는 온도이므로 외부의 압력에 따라 변화하게 된다. 예를 들어, 지상에서 물을 끓이는 것과 높은 산에 올라 물을 끓일 때의 물이 끓는 점은 서로 다르다. 지상에서 100°C가 되어야 끓는 물이 1915m인 한라산에서는 95°C 정도, 2,750m 인 백두산에서는 90°C 정도에서 끓는다. 이처럼 외부의 압력이 커질수록 끓는점은 높아지고 외부압력이 낮아지면 끓는점도 낮아질 수 있다. 

 

② 끓음과 증발
물을 가열하면 물속에서 작은 기포가 생긴다. 이는 액체인 물이 높은 온도에 의해 기체인 수증기로 변한 것이다. 물을 가열할수록 비커에 생기는 기포의 수와 크기가 증가하다가 물의 표면과 물의 내부 모두에서 수증기인 기포가 발생하는데, 이 현상을 끓음이라고 한다. 물이 끓을 때 소리가 나는 이유는 물속에서 생긴 수증기가 물의 표면에서 터지기 때문인데, 한꺼번에 많은 양의 기포가 발생되면 소리가 더욱 커지게 된다. 물이 끓으면 비커의 물이 줄어드는데, 그 이유는 비커에 담긴 액체인 물이 기체인 수증기로 변하여 공기 중으로 날아갔기 때문이다. 액체 표면에는 쉬지 않고 증발과 응축이 일어난다. 증발과 응축하는 속도가 같을 때 증기가 가지는 압력을 증기 압력이라고 하는데 물이 끓는다는 것은 대기의 압력과 물의 증기 압력이 같아지는 것을 뜻한다.
(*증발: 액체 표면의 분자 중에서 분자 간의 인력을 극복할 수 있을 만큼 에너지가 높은 입자들이 분자간의 인력을 끊고 기체상으로 튀어나와 기화되는 것.)
(*응축: 기체가 액체로 변화하는 현상을 말한다.)

 

끓음과 증발은 모두 액체인 물이 기체인 수증기로 변하는 현상을 나타내지만, 물이 수증기로 변하는 위치에 따라 용어가 달라진다. 증발은 물의 표면에서 온도와 상관없이 일어나는 현상으로, 같은 양의 물일지라도 온도가 높거나 공기와 맞닿아 있는 부분이 넓을수록 증발이 잘 일어난다. 끓음은 물이 100℃가 되었을 때 물의 표면뿐만 아니라 물의 내부에서도 기체인 수증기로 변하게 되는 현상이다. 물이 끓는 동안에도 물의 표면에서는 증발이 계속 일어난다.

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